电力电子器件缓冲电路的概念
电力电子器件概述
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
IGBT特性研究及驱动缓冲电路设计——毕业论文
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级自动化指导教师工作单位自动化学院设计(论文)题目: IGBT特性研究及驱动、缓冲电路设计设计（论文）主要内容：了解和熟悉目前国内外IGBT产品现状和技术现状，分析IGBT结构、工作原理以及工作特性。
研究和设计多种IGBT驱动电路、保护电路，并对比分析。
针对具体一款IGBT FF600R06ME3设计其驱动电路及缓冲电路。
要求完成的主要任务:1．了解研究IGBT的目的以及意义，产品和技术的发展现状；2．IGBT驱动电路的设计；3．IGBT保护、缓冲电路的设计；4. 针对FF600R06ME3 IGBT设计其驱动电路，要求正向开通电压15V，反向截止电压-15V，工作频率≤20K，可驱动IGBT承受导通电流600A，耐压600V。
5．撰写毕业设计论文，字数不低于15000左右；6．完成外文文献翻译2万字符（其中汉字5000字）。
必读参考资料：[1] 王兆安.电力电子技术[m].北京:机械工业出版社,2008.[2] 周志敏.IGBT和IPM及其应用电路[m].北京:人民邮电出版社,2006.[3] 王飞军.IGBT关断特性分析及设计优化问题[D].浙江大学微电子与半导体系,1990.[4] 陈去非.绝缘栅双极晶体管（IGBT）的研究—静态、动态和终端模型及优化设计[D].浙江大学:电力电子技术,1993.[5] 李岳生.IGBT开关磁阻电动机调速系统研究[D].上海工业大学:工业自动化,1994.指导教师签名：系主任签名：院长签名(章)：武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告目录1．了解研究IGBT的目的以及意义，产品和技术的发展现状； (I)摘要 (1)ABSTRACT (2)1 绪论 (1)引言 (1)课题研究意义 (2)研究现状 (3)1.3.1 产品现状 (3)1.3.2 技术现状 (4)主要研究内容 (5)2 IGBT工作原理及特性研究 (6)IGBT的定义 (6)IGBT的结构和工作原理 (7)2.2.1 IGBT的结构 (7)2.2.2 IGBT的工作原理 (7)IGBT工作特性 (9)2.3.1 静态特性 (9)2.3.2 动态特性 (10)2.3.3 IGBT的开通与关断 (11)3 IGBT驱动及缓冲 (12)IGBT驱动电路的选择 (12)门极驱动的要求及电路设计 (14)3.2.1 栅极驱动电压 (14)3.2.2 对电源的要求 (14)3.2.3 对驱动波形的要求 (15)3.2.4 对驱动功率的要求 (15)3.2.5 栅极电阻 (15)3.2.6 栅极布线要求 (15)3.2.7 隔离问题 (16)典型的门极驱动电路介绍 (16)3.3.1 脉冲变压器驱动电路 (16)3.3.2 光耦隔离驱动电路 (17)3.3.3 驱动模块构成的驱动电路 (17)大功率IGBT驱动保护电路的分类 (18)3.4.1 单一功能型 (19)3.4.2 多功能型 (19)3.4.3 全功能型 (21)大功率IGBT驱动保护电路的功能 (22)3.5.1 隔离功能 (23)3.5.2 死区隔离功能 (23)3.5.3 驱动功率的缓冲功能 (24)针对FF600R06ME3这款IGBT设计的驱动电路 (24)4 IGBT保护电路的设计 (26)IGBT栅极的保护 (26)集电极与发射极间的过压保护 (26)4.2.1 直流过电压 (27)4.2.2 浪涌电压的保护 (27)集电极电流过流保护 (28)过热保护 (29)5 全文总结及展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)摘要全文首先对IGBT的产生和发展过程做了一个大致的介绍，重点突出了IGBT 发展的路线，智能化、模块化成为IGBT发展热点。
rcd缓冲电路的工作原理
rcd缓冲电路的工作原理RCD缓冲电路是一种常见的电子电路，用于保护电路中的电子元件免受电压突变的影响。
它的工作原理是基于电容和电阻的相互作用，通过合理的设计和连接，能够有效地稳定电路中的电压。
RCD缓冲电路由一个电阻（R）和一个电容（C）组成。
当电路中的电压突变时，电容器会吸收电压的变化，从而减缓电压的上升或下降速度。
而电阻则起到限制电流的作用，防止电压突变对电路中的元件造成损坏。
具体来说，当电路中的电压突然上升时，电容器会迅速充电，吸收电压的变化。
这是因为电容器具有储存电荷的能力，当电压上升时，电容器内的电荷会增加，从而减缓电压的上升速度。
相反，当电路中的电压突然下降时，电容器会释放储存的电荷，从而减缓电压的下降速度。
而电阻则起到限制电流的作用。
当电路中的电压突变时，电阻会限制电流的流动，防止电压突变对电路中的元件造成损坏。
电阻的阻值越大，限制电流的能力就越强。
RCD缓冲电路的工作原理可以通过以下实例来说明。
假设我们有一个电路，其中包含一个电容器和一个电阻。
当电路中的电压突然上升时，电容器会吸收电压的变化，从而减缓电压的上升速度。
而电阻则限制电流的流动，防止电压突变对电路中的元件造成损坏。
当电路中的电压突然下降时，电容器会释放储存的电荷，从而减缓电压的下降速度。
这样，RCD缓冲电路能够稳定电路中的电压，保护电子元件免受电压突变的影响。
总之，RCD缓冲电路是一种常见的电子电路，用于保护电路中的电子元件免受电压突变的影响。
它的工作原理是基于电容和电阻的相互作用，通过合理的设计和连接，能够有效地稳定电路中的电压。
通过吸收和释放电荷，以及限制电流的流动，RCD缓冲电路能够减缓电压的上升和下降速度，保护电子元件的安全运行。
在实际应用中，我们可以根据具体的需求和电路特点，选择合适的电容和电阻参数，以实现最佳的缓冲效果。
电路中的缓冲器与驱动器
电路中的缓冲器与驱动器电子设备中的电路元件种类繁多，其中缓冲器与驱动器是两个常见的元件。
它们在电子设备的正常运行中起到了关键的作用。
本文将对电路中的缓冲器和驱动器进行介绍和探讨。
一、缓冲器缓冲器是一种电路元件，用于扩大电路的输出电流能力和减小输出信号的变形。
在电子设备中，信号经过一系列的处理和传输，如放大、滤波等，可能会导致信号的失真和变形。
缓冲器作为一个中间环节，可以在信号传输过程中提供稳定的输出电流和阻抗，从而减小信号的失真，使得信号可以正常地传递和处理。
缓冲器通常由晶体管或场效应晶体管构成，它们具有高输入阻抗和低输出阻抗，能够有效地隔离输入信号和输出负载。
此外，缓冲器还可以对输入信号进行放大或滤波，以满足不同电路的需求。
二、驱动器驱动器是一种电路元件，用于提供足够的电流或功率，驱动其他元件的正常工作。
在电子设备中，不同的元件可能需要不同的电流或功率来实现其功能。
驱动器作为一个接口，可以将控制信号转换为相关元件所需的电流或功率，并将其传递给相关元件，促使其正常地工作。
驱动器通常由运算放大器、数字转换器等元件构成，它们具有较高的增益和输出电流能力，能够提供足够的电流或功率来驱动其他元件。
此外，驱动器还可以对输入信号进行放大、变换或特殊处理，以满足不同元件的工作条件。
三、缓冲器与驱动器的应用缓冲器和驱动器在电子设备中广泛应用于各种领域。
例如，在计算机系统中，缓冲器可以用来扩大总线的电流能力和驱动能力，从而保证数据的快速传输和处理。
在音频系统中，驱动器可以用来提供足够的功率去驱动扬声器，从而实现音频信号的放大和播放。
在通信系统中，缓冲器和驱动器可以用来增强信号的传输能力和扩大通信的范围。
此外，缓冲器和驱动器还可以应用于各种传感器、测量仪器和控制系统等领域，以提供稳定的电流和驱动能力，保证设备的正常工作和性能。
总结：电路中的缓冲器和驱动器是两个常见的电子元件，它们在电子设备中起到了扩大输出能力和提供足够电流或功率的关键作用。
第五讲：缓冲电路及串并联应用
9
缓冲电路与器件串并联应用
——器件的串联与均压 器件的串联与均压 （ 1 ） 当单个器件的额定电压小于实际需要时，可 当单个器件的额定电压小于实际需要时 ， 以用多个同型号的器件相串联起来。 以用多个同型号的器件相串联起来。 （ 2） 相同的漏电流 ， 但由于器件特性的分散性 ， ） 相同的漏电流， 但由于器件特性的分散性， 各器件所承受的电压却不相等。 各器件所承受的电压却不相等。
13
缓冲电路与器件串并联应用
静态均流： •串联电阻均流。
•
•
动态均流： •解决方法是在器件支路中串入电感。
•
14
本章小结 作业： 作业： 共两题。 2.2、2.4，共两题。 额外作业： 额外作业：
收集资料，查询一个没有讲过的新器件，说明其机构、 收集资料，查询一个没有讲过的新器件，说明其机构、 开关特性、主要参数、 开关特性、主要参数、驱动电路等
e)三角形吸 收电路
8
缓冲电路与器件串并联应用
——电力电子器件的串并联 电力电子器件的串并联 对于大型的电力电子装置， （ 1 ） 对于大型的电力电子装置 ， 当单个器件的电 压或电流额定值满足不了要求时， 压或电流额定值满足不了要求时，或者考虑降低装置的 成本时，需要将几个电力电子器件串联或并联起来使用。 成本时， 需要将几个电力电子器件串联或并联起来使用。 由于各个器件之间在静、 （ 2 ） 由于各个器件之间在静 、 动态特性方面会存 在一定的差异，在串、并联组合在一起应用时， 在一定的差异，在串、并联组合在一起应用时，就会因 这些差异导致某些器件的损坏。 这些差异导致某些器件的损坏。 因此，需要采取一定措施加以保护。 （ 3 ） 因此 ， 需要采取一定措施加以保护 。 下面以 晶闸管为例介绍器件的串并联问题。 晶闸管为例介绍器件的串并联问题。
缓冲吸收电路
第四节电力电子器件的缓冲电路•缓冲电路概述；
•关断缓冲电路介绍；
•开通缓冲电路介绍；
•几种缓冲电路的应用实例介绍:
–a) 用于晶闸管的RC吸收电路，
–b)用于大功率晶体管的充放电式RCD吸收
电路
–c)用于IGBT的箝位式RCD吸收电路。
补充题1
一台GTO直流斩波器，已知电源电压为
1500V，工作电流为1000A。
开关频率为1kHz。
管子要求电压上升率不超过100V/μs。
今采用充放电式RCD缓冲吸
收电路，试求电容值和电阻的功率。
(不考虑杂散电感）
补充题2
改为IGBT斩波器，采用箝位式缓冲
吸收电路。
电容为10 μF，开关频率仍
为1kHz。
关断后电容电压尖峰为1800V。
试估算线路漏感，求吸收电阻上的功率。
电力电子技术课后简答
2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。
低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
2-7 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得它具有耐受高电压电流的能力？答1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。
低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-8 试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似与不同之处.IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度小，开关损耗少具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。
开关速度低于电力MOSFET。
电力MOSFET 开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好。
所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题。
IGBT驱动电路的特点是:驱动电路具有较小的输出电阻，ⅠGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。
电力电子器件保护
a) a) 伏安特性差异
b)
b) 串联均压措施
图1-41
1.8.2
1. 概述
晶闸管的并联
1) 目的：多个器件并联来承担较大的电流 2) 问题：静态和动态特性参数差异→电流分配不均匀 2. 均流措施 • 选用特性参数尽量一致的器件 • 采用均流电抗器 • 用门极强脉冲触发也有助于动态均流 • 当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串 后并的方法联接方法
• 内因过电压 电力电子装置内部器件的开关过程引起 (1) 换相过电压 原因: 线路电感→晶闸管(或与全控型器件反并联的二极管) 在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流 流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小→两端 感应出高电压。 (2) 关断过电压 原因: 全控型器件关断时，正向电流迅速降低→线路电感 →器件两端感应出的过电压。
1.7.2
过电流保护
1. 过电流形式—过载和短路 过电流原因举例 电网电压波动过大； 内部管子损坏或触发电路故障，引起两相短路；
整流电路直流侧出现短路、逆变失败引起短路；
环流过大、控制系统故障。
1.7.2
过电流保护
变压器 电流互感器 快速熔断器 变流器 直流快速断路器 负载
2. 常用保护措施
混 合 IGBT 型
（
MCT
双 极
SIT H 晶闸管
T TO RC G LT T
功率SIT 极
（
复 合 型
GT R
型
肖特基势垒二极管 型
I 电力二极管 AC
TR
• 双极型：电力二极管、晶闸管、 GTO、GTR和SITH • 复合型：IGBT和MCT
电力电子器件分类“树” 图1-42
本章小结
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R1
R1
R1
a)
图9-1 光耦合器的类型及接法
b)
c)
4/26
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
◆驱动电路的分类 ● 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以 将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。 ● 晶闸管的驱动电路常称为触发电路。 ◆驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电 路。 ● 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。 ● 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。
IM
I
t1 t 2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 t4
图9-2 理想的晶闸管触发脉冲电流波形 t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s） t1~t3强脉冲宽度 IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4脉冲宽度 I脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）
6/26
9.1.2 晶闸管的触发电路
◆常见的晶闸管触发电路 ● 由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属 电路构成的脉冲输出环节两部分组成。 ● 当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴 极之间输出触发脉冲。 ● VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器 TM释放其储存的能量而设的。
3/26
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
◆驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采 用 光隔离或磁隔离。 ● 光隔离一般采用光耦合器 ▲光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。 ▲有普通、高速和高传输比三种类型。 ● 磁隔离的元件通常是脉冲变压器 ▲当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。
◆GTR ▲开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态，使 之不进入放大区和深饱和区。 ▲关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间 和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值 （6V左右）的负偏压。 ▲GTR的一种驱动电路 ＊包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。 ＊VD2和VD3构成贝克箝位电路，是一种抗饱和电路， 可使GTR导通时处于临界饱和状态； ＊C2为加速开通过程的电容，开通时R5被C2短路，这 样可以实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开 通。 ▲驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。
2/26
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
◆驱动电路 ● 是电力电子主电路与控制电路之间的接口。 ● 良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时 间，减小开关损耗。 ● 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 ● 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。 ◆驱动电路的基本任务 ● 按控制目标的要求给器件施加开通或关断的信号。 ● 对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控 制信号，又要提供关断控制信号。
9/26
图9-5 典型的直接耦合式GTO驱动电路
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
ib
O
t
图9-6 理想的GTR基极驱动电流波形
+15V A V1 R2 R3 C1 V4 VD1 V3 V5 C2 R5 V2 V6 VD4 VS 0V VD2 VD3 V R4 +10V
R1
图9-7 GTR的一种驱动电路
uG O
施加约5V的负偏压， 以提高抗干扰能力。
t
iG O
幅值需达阳极电流的1/3左 右，陡度需达50A/s，强 负脉冲宽度约30s，负脉 冲总宽约100s
t
图9-4 推荐的GTO门极电压电流波形
8/26
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
▲直接耦合式驱动电路 ＊可避免电路内部的相互干扰和寄生 振荡，可得到较陡的脉冲前沿；缺点是 功耗大，效率较低。 ＊电路的电源由高频电源经二极管整 流后提供，VD1和C1提供+5V电压，VD2、 VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供 +15V电压，VD4和C4提供-15V电压。 ＊V1开通时，输出正强脉冲；V2开通 时，输出正脉冲平顶部分； ＊V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3 关断后R3和R4提供门极负偏压。
● 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加
其它电路环节。
图9-3 常见的晶闸管触发电路
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9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
◆电流驱动型器件的驱动电路 ● GTO和GTR是电流驱动型器件。 ● GTO ▲开通控制与普通晶闸管相似， 但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求 高，且一般需在整个导通期间施加正 门极电流，使GTO关断需施加负门极 电流，对其幅值和陡度的要求更高。 ▲GTO一般用于大容量电路的场 合，其驱动电路通常包括开通驱动电 路、关断驱动电路和门极反偏电路三 部分，可分为脉冲变压器耦合式和直 接耦合式两种类型。
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9.1.2 晶闸管的触发电路
◆晶闸管的触发电路 ● 作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要 的时刻由阻断转为导通。 ● 晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位 控制电路。 ● 触发电路应满足下列要求 ▲触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，比如对感性和 反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。 ▲触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流 的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡 度也需增加，一般需达1~2A/s。 ▲触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额， 且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。 ▲应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气 隔离。
*本PPT参考王兆安等编的《电力电子技术》第五版配套课件资源*
第9章 电力电子器件应用的共性问题
9.1 电力电子器件的驱动 9.2 电力电子器件的保护
9.3 电力电子器件的串联使用和并联使用
本章小结
9.1 电力电子器件的驱动
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
9.1.2 晶闸管的触发电路 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路